NIMS研究人员采用3D打印技术使耐热钢的蠕变寿命延长10倍以上

2025年1月17日，南极熊获悉，日本材料科学研究所（NIMS）研究团队通过激光粉末床熔合（LPBF）3D打印技术成功制造了改性耐热钢测试样品，并对它进行了长时间的蠕变测试。研究结果表明，LPBF显著提升了样品的蠕变寿命，与通过传统热处理工艺生产的耐热钢相比，蠕变寿命至少提高了10倍。

△采用激光粉末床熔合 (LPBF) 制造了改性9Cr-1Mo钢

LPBF增材制造技术显著提升耐热钢蠕变寿命

LPBF属于增材制造技术的一种，它通过逐层沉积金属粉末，并利用激光选择性地熔化和固化这些粉末来形成固体金属层。随后，这些连续的2D层与前一层熔合，从而构建出所需形状的3D组件。

△这项研究已发表在《增材制造》杂志上，题目为“通过激光粉末床熔合控制微观结构，显著提高改性9Cr-1Mo钢的蠕变强度”（传送门）

与传统制造工艺相比，LPBF能够生产出更为复杂的形状，并且已经在多个领域得到应用。然而，对于长期在高温高压环境下使用的耐热LPBF产品，为确保它的安全可靠，进行充分的蠕变测试是必不可少的。

NIMS研究团队使用LPBF技术制造了耐热铁素体钢（改良型9Cr-1Mo钢）试件，并在650°C和100MPa的条件下对它进行了长达1万小时（约一年零两个月）的蠕变试验。测试结果显示，LPBF试件的蠕变寿命比传统热处理试件长出10倍以上。在测试中，传统试件在400至800小时后发生破裂，而LPBF试件在经过1万小时的测试后仍然完好无损。

△比较使用激光粉末床熔合工艺生产的钢试件，与通过传统热处理工艺生产的钢试件的断裂时间和施加应力之间的关系

与传统热处理钢中形成的回火马氏体微观结构不同，LPBF生产的钢由于极快的凝固速度，形成了高温δ铁素体相微观结构，它的冷却速度估计高达每秒1,000,000°C。这种独特的微观结构被认为是LPBF钢蠕变寿命显著延长的主要原因。

研究团队计划继续对LPBF钢样品进行超过1万小时的测试，以评估的蠕变断裂强度。这一数据对于确定火电厂所用钢材的允许拉伸应力至关重要。此外，团队还打算对采用LPBF技术生产的其它耐热材料进行蠕变测试。通过生成更全面的蠕变测试数据，以确保LPBF产品的可靠性，该团队致力于推动这项技术广泛应用并支持相关行业标准的制定。